PLC在天津海河开启桥中的应用.pdf

2 0 1 0年第 5期 工业仪表与 自动化装置 9 3 P L C在天津海河开启桥 中的应 用 吴业东 中铁十四局集团第三工程有限公 司， 山东 兖州 2 7 2 1 0 0 摘要 介绍 了天津海河开启桥 电控 系统。该 系统 以上位 工业监控软件人机界 面操作及现场监 控 ， 下位 P L C为核心进行动态测量。介绍 了控制 系统的功能、 主要配置及控制程序流程 图。是计 算机技 术 、 网络通讯 技 术 、 测 量技 术及 控制 理论 的 综合运 用 。 关键词 P L C； 海河开启桥 ； 控制 系统 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 0 0 5 0 0 9 3 0 3 P L C a p p l i c a t i o n i n T i a n j i n b a s c u l e b r i d g e o n Ha i - R i v e r W U Ye do n g C h i n a R a i l w a y 1 4 t h B u r e a u G r o u p 3 s t E n g i n e e r i n g C o ．， L t d ， S h a n d o n g Y a n z h o u 2 7 2 1 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r d e s c r i b e s T i a n j i n H a i R i v e r b a s c u l e b r i d g e e l e c t r o n i c c o n t r o l s y s t e m，T h e s y s t e rn t a ke u p pe r i n d us t r i a l mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s o f t wa r e，HMI ，l o we r PLC a s c o r e f o r d y na mi c me a s u r e me n t ． I n t r o d u c e s t h e c o n t r o l s y s t e m f u n c t i o n s，t h e ma i n c o n f i g u r a t i o n a n d c o n t r o l p r o g r a m d i a g r a m．I t i s t h e c o mp r e h e n s i v e a p p l i c a t i o n o f c o mp u t e r t e c hn o l o g y，n e t wo r k c o mmu n i c a t i o n t e c h n o l o g y，me a s ur e me nt t e c h n o l o g y a n d c o n t r o l t h e o r y ． Ke y wo r ds P LC ；Ha i -Ri v e r b a s c u l e b r i d g e；c o n t r o l s y s t e m 言 鉴 天津海河开启桥是一座集机械 、 液压 、 电气智能 先进的， 如图 1 所示。 图 1 天津海河开启桥 该桥控制系统以上位工业监控软件人机界面操 作及现场监控 ， 下位 P L C为核心进行动态测量。利 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 4 0 6 作者简介 吴业东 1 9 7 6 ， 男 ， 江苏 沛县人 ， 主要研 究方 向为动 态无功补偿 ， 谐 波抑制在污水泵站的应用 ， P I c在开启桥的应用等。 用组态软件完成开 、 闭桥 的分步 自动控制及油缸动 作到位 、 电机过载 、 漏油器堵塞等信号的处理并将状 态显示 。风速 、 风向、 速度 、 油箱油温、 开启角度等参 数输入到 P L C模块 中进 行相应控制。通过海底 光 纤电缆为 A、 B桥之间建立环形工业 以太网通讯 网 - 9 4 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 0年第 5期 站 ， 进行数 据传输 。用光纤 电缆 通过光 纤交换 机 O S M- 6 2进行连接数据 交换 ， 通过 P L C上 2点 C P 一 3 4 3 - 1 通讯处理器 ， 具备通讯控制 、 检测数据传送等 功能， 为 A、 B桥提供必要 的信息 ， 使得 系统不仅具 有 自动 、 手动控制功能， 单动操作功能， 还能实现远 程实时监控以及故障诊断功能。 1 系统概述 开启桥 电气控制具有安全保护措施 ， 其 中包括 短路 、 过载 、 缺相 、 故障报警 、 显示 、 失压 、 欠压等保 护， 并设有紧急断电停机和紧急状态停机按钮。主 电路采用三相五线制供电， 总装机功率 1 0 8 0 k W， 单边功率约 5 4 0 k W， 3台 1 6 0 k W 主油泵 电机采用 软启动装置启动。控制和信号采集选用 P L C装置 ， 并用人机界面 HMI 进行组态， 显示运行状态 、 故障 点等。A、 B两桥之间采用_T业 以太 网环 网进行通 讯 、 控制等信息的传递。在操作桥开启或关闭前应 进行授权方式 ， 然后对工况选择 ， 再进行相关操作 。 1 ． 1 授 权方 式 A桥为主控 A桥控制 、 B桥控制 、 A ／ B桥控制 3 种授权方式 。A桥控制 在 A桥处进行操 作， 控制 A、 B桥 自动开启或关 闭； B桥控制 在 B桥处进行 操作 ， 控制 A、 B桥 自动开肩或关闭 ； A ／ B桥控制 A 桥 、 B桥各 自分别进行手动操作 ， A桥控制 A桥 、 B 桥控制 B桥 ， 开启或关闭。 1 ． 2 工况选择 分 自动 、 分步、 手动 3种方式。 自动 操作员从 操作台使用少量操作按程序 自动开启或关 闭桥梁； 分步 操作员分步顺序开启或关闭桥梁 ； 手动 在紧 急情况下可以不用 P L C由维护员进行操作 ， A、 B桥 各 自控制本部动作 。 1 自动控制 授权可选 A或 B位置 自动控制时工况选择 自动位置， 通过 自动开桥 、 自动闭桥 、 自动停机等按钮启动 自动程序完成桥 的 开启和关闭过程。 开桥／ 闭桥 开始前应先启动液 压泵站 ， 可在 A 桥或 B桥启动。若选 A桥控制， 则在 A桥启动 1 泵 同时可通过工业 以太网将信息传递到 B桥启动 1 泵 ， 依次类推完成开桥／ 闭桥。也可选 B桥控制 ， 在 B桥启动 A桥。 2 分步控制 授权可选 A或 B位置 分步控制时工况选择分步位置 ， 在分步控制 中 选择开桥或 闭桥 ， 其动作是按 照对 应顺 序、 步骤进 行， 不可跳跃步骤 。必须先启动 1 泵 电机 ， 根据需 要再启动 2 、 3 泵电机 ， 通过选择分步开桥或闭桥 的转换开关 ， 然后从第一步开始到最后一步的顺序 进行 ， 选好步骤按分步的伸／ 开或缩／ 闭或停止按钮 来完成每一步 。可在 A桥或 B桥操作。 3 手动控制 授权可选 A ／ B位置 在紧急情况下 ， 必须 由维护员严格按操作规程用 手动控制桥梁， 只保留必须的联锁保护。用开关、 按钮 等对泵、 电磁阀、 比例阀开度等进行手动控制油缸伸 缩。只允许启动 1 油泵电机 ， 人工操作调节 比例阀流 量控制桥的开启／ 关闭速度。A桥、 B桥各 自操作。 2 状态监 测 对油箱温度 、 油缸压力 、 马达压力 、 马达转速 、 开 启角度 、 风力 、 风向、 凝露／ 温度等参数进行测量并显 示 。3 6 0 。 的风向、 风力参量参加相应的控制。用人 机界面 H MI 对状态进行检测 、 运行 、 故障诊断。故 障报警 、 显示包括 1 ～ 9个滤油器堵塞、 油箱低液位、 油温过高 、 紧急状态停机等的报警 、 显示。 2 ． 1油箱油 温控 制 油箱油温控制采用 自动和手动 2种方式。对油 箱油温控制必须先启动循环油泵电机， 才可进行加热 控制。通常选用 自动方式 ， 由温控仪通过传感器测量 油箱油温 自动进行温度加热控制 ； 若需要手动时， 将 选择开关设置手动位置 ， 通过按钮启动或停止加热。 2 ． 2 风 速与桥 梁开 启 的相关控 制 当风力大于 6级时 ， 桥梁若在关闭状态 ， 则停止 一 切动作 ； 若 在开启状态 ， 则 以最慢 的速度关闭桥 梁 ， 这时桥梁的关闭速度 由比例电磁铁 D T i 4控制。 当风力小于等于 6级时， 则桥梁按一切需要正 常操作 ， 桥梁的开闭速度 由比例电磁铁 D T 1 3 ／ D T 1 4 分 阶段 主导控 制 。 桥梁的开启和关 闭压力分别 由 D P 1和 D P 2测 量。系统采用手动和 自动 2种方式控制， 通 常选用 自动方式 ， 手动方式用于维修 、 调试。 自动控制时 ， 风速传感器参与 自动控制 ， 当大于设定风速值时 ， 按 规定的逻辑控制进行； 小于设定风速值时， 按正常的 逻辑控制开启和关闭桥梁 。手动控制时， 操作员根 据风速的大小按规定手动调节给定 ， 控制 比例 阀比 例电磁铁 D T 1 3 ／ D T 1 4的数值。 2 ． 3 桥开启速度控制系统 桥的控制应按液压系统要求进行 ， 整个桥 的开 启和关闭采用电液 比例阀控制液压马达组成的比例 调速系统， 通过调节阀实现桥在开启过程 中的速度 控制 ， 实现开启速度 的变化 慢加速一 加速一 匀速一 减 速一 慢减速 。桥梁开启时问 1 9 8 S ， 闭合时间 1 9 8 S 。 2 ． 4紧急停 机 紧急停机分 2种方式 紧急断电停机和紧急状 态停机 。紧急停机后所有液压阀回中位 ， 液压泵停 2 0 1 0年第 5 期 丁业仪表与 自动化装置 9 5 止工作 ， 若在开启或闭合桥 梁过程 中则液压 马达抱 闸制动。 紧急断电停机 在紧急情况及危害人身安全时 用此按钮 ， 切断设备所有电源。仅安装在 A、 B桥各 操作台和进线柜门上。 紧急状态停机 在开启或关闭桥梁 时发生意外 情况及不能按正常状态进行T作或现场发现异常时 用此按钮。此按钮设置在操作台和关键位置。当紧 急状 态停机 启动 后 ， 在 查 明原 因处理 后 ， 必 须人 工复 位才能正常T作。 2 ． 5交通 、 人行道 、 航 道信 号灯 开桥前所有交通信号灯变成红色 ， 关闭所有交 通门并将信号反馈给操作 中心 P L C进行判断 ， 满足 条件才允许开启桥梁。桥完全打开后将航道信号灯 变绿 ， 航道船通行。 关闭桥前将航道信号灯变红色 ， 航道船停止通 行。满足条件才允许关 闭桥梁 ， 关闭后完成各部分 锁定之后 ， 将所有交通信号灯变成绿色， 打开所有交 通门。各部位 动作信 号反馈 给操作 中心 P L C进行 判断 ， 满足条件才允许关闭桥梁。 2 ． 6 工 业 以太 网通 讯 系统 通过海底光纤电缆为 A、 B桥之间建立环形 以太 网通讯网站 ， 进行数据传输。通过 2台 C P - 3 4 3 1 通 讯处理器用光纤 电缆通过光纤交换机 O S M一 6 2进行 连接数据交换 ， 使其具备通讯 、 控制 、 检测 、 数据传送 等功能， 为 A、 B桥提供必要的信息 ， 如 故障检测 、 显 示 、 报警 ； 紧急故障停机 ； 锁紧装置的位置状态等。 3 控 制流程 图 根据开启桥的工作情况 ， 以及系统功能 ， 开桥及 闭桥 的自动控制程序流程如图 2 、 图3所示。 4 结语 在天津海河开启桥系统 中应用 P L C控制技术 ， 实现 了开启桥的 自动化控制， 大大提高 了系统的安 全性和可靠性 ， 真正实现了全 自动运行 ， 有力的保 障 了开肩桥的安全与畅通 ， 可以预见 ， 随着开启桥 电气 自动化控制要求的逐步提 高， 最终将实现开启桥控 制的综合 自动化。 参考文献 [ 1 ] 蒋煜珂 ， 赵研 ， 郑 文波 ， 等． 指针‘ 在 两 门予 P L C程序设 ‘ 中的应用 l J ] ． 长春理． [大学学报 自然科学版， 2 0 0 9 O 1 41 4 2 ． [ 2 ] 徐 秀芬 ， 赵克定 ， 柴 国荣． 一种新型气压位置伺 服系统 检 A、B桥 液 、 电气设备 合 A、 B桥闸， 送 电同时 枪 念 栩 J k f 常 后， 启 动 算机进入维态界 选择授权、运行l／ J 式 1 授权方』 ℃ A或 B 2 工况 选择 I， 1 动 S A 5 嚣 J ‘ f 1 动何 等待交通信 号灯变红色，交通 门芡 闭 同时启 动 A、B桥 f l ～ 3 液压 泉 人 l l 动 启动 捡惫 A、 B桥液压系统压力足台 常；等待数秒后，变通信 弓灯和门 确认l尢误 ，桥 卜 无下辆后 开桥 。 按 卜r 1 动升桥按钮 桥i i i 对i f i 系统 衍 缶 l I 1 至 Jl f 放扦桥端锁定 锁紧D h J i缩到 桥I f i 划 i 1 系统 汕缸缩剑何 放外桥端锁定 t } l I 缩 至 0 f 放歼桥 锁定 ， 岂 钎 j f1 “ 缩 0 f 通过P L C编 软件 j 接近 1 火 控制“桥 慢_』J JJ 速 7 J J l 述 匀速 减速 慢减速剑停的过 I 。 停 A、B桥液 采 航道信 j 灯变绿 H 过 ,to 搀h l泉 图 2 P L C自动控 制开桥流程图 捡 A、B桥 液 压 、电气 设 备 合 A、 B桥闸， 送 电 榆 村l l f 『 l 常J ， 』 动计算机进入组态界而 选 择授 权 、运 仃力式 1 授权方式A或 B 2 1 况选 择 自动 S A5 丁动似 等待航道信 号灯变红色；州时 启动 A、B桥 的 I ～ 3 液 压 泉 人工 手动 肩动 检 A、 B桥液压系统压力足台I I 常；等待数秒后，确 认尢误，航道 无船通行开始父闭桥。 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 按 卜f j 动闭桥按钮 通过 P L C编 软 件 I 接近 J F 父 控制闭桥 j 慢JJ l1 速 加速 匀速 减速 慢减速到停的过 。 flT { 动桥， E 锁定 J 4 7 7 油3 i 1 4 ,t , 剑付 启 动桥 端锁 定 头 I { l 剑 付 桥 I ， 刈q 1 系统 a t t t 憾t i { { 动 桥端 刨 l 定 锁紧油 I 伸剑f 桥t I ， 对叶 1 系统 油 缶 1 1 停 A、B桥液J l 泉交 通信 灯变绿色， 打开 交通 ；闭桥过 - 结束 图 3 P L C自动控制闭桥流程 图 设 计及 模糊 控 制研 究 [ J ] ． 大 庆石 油 学 院 学报 ， 2 0 0 4 0 3 7 1 7 3 ． 汗奕 ， 边 飞． 自动再生式 干燥 器气 路设计 研究 [ J ] ． 电 子 机械工程 ， 2 0 0 8 0 2 l 6 一 l 8 ． 沈永跃．D C S控 制方 式与 P L C控 制方 式在 轻 机械 巾的应用[ J ] ． 广西轻丁业 ， 2 0 0 8 0 4 4 6 4 7 ． 李善 田． 自来水厂沉淀池排泥 装置 P L C自挎 系统设 计 [ J ] ． 业仪表 与自动化装置， 2 0 0 8 0 2 6 0 6 3 ．